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La Celulosa y las Celulasas:
Importancia
La celulosa es el componente más abundante que existe sobre la tierra, es producida
por las plantas formando parte de su pared celular. En menores proporciones, es
sintetizada también por algunos otros organismos como bacterias y algunos
representantes del phyllum Chordata, que son un tipo de animales marinos
Se estima que alrededor de 180 billones de toneladas de celulosa son producidas
por las plantas anualmente, por lo que constituye una de las fuentes de carbono
renovables más importantes que hay sobre la tierra.
El contenido de celulosa en las plantas depende del grupo taxonómico al que
pertenezcan y oscila entre 35 y 50% en peso seco.
La celulosa es uno de los materiales más utilizados desde tiempos remotos, y en la
actualidad es la fuente de combustibles orgánicos, compuestos químicos, fibras y
materiales necesarios para cubrir necesidades humanas tales como el papel, la pulpa,
las maderas, etc.
Estructura química de la celulosa I
La celulosa es un biopolímero lineal compuesto por moléculas de glucosa unidas entre
sí por enlaces glucosídicos tipo β 1-4. Los extremos del polímero son asimétricos, los que
contienen el carbono anomérico (C1) libre de la molécula de glucosa se conocen como
extremos reductores. El C4 con un radical hidroxilo libre es el extremo no reductor.
Estructura química de la celulosa II
El arreglo de las moléculas de celulosa en la pared celular de las plantas tiene
una configuración tridimensional estabilizada por interacciones de Van der Vaals, y
consiste de 30 moléculas lineales, de entre 10,000 y hasta 14,000 moléculas de
glucosa, que forman la protofibrilla o microfibrillas.
La asociación de las protofibrillas forman la fibrilla de celulosa.
Las fibrillas se ensamblan entre si para formar las fibras de celulosa que son
entrelazadas mediante interacciones no covalentes con la hemicelulosa y la lignina
conformando la pared celular
Estructura química de la celulosa III
altamente ordenadas y le dan
las características de
insolubilidad, rigidez y
resistencia al ataque
enzimático.
En ciertas regiones del haz de
microfibrillas se rompen los
puentes de hidrógeno de las
cadenas y se forman las regiones
amorfas, las cuales se hidratan
permitiendo que ciertas enzimas
ataquen y degraden a la celulosa.
RECORDEMOS:
¡¡¡¡La celulosa esta dentro de la pared celular!!!!!
Pared celular de
las plantas
Celulosa: polímero
de glucosa, unión β1-4
Hemicelulosa: heteropolímero de
pentosas (xilosa y arabinosa), hexosas
(glucosa, galactosa y manosa) y
compuestos fenólicos
Lignina: polímero de fenilpropeno
Pectina:polímero de acido glucurónico
Hacer uso de la Celulosa:
Hidrólisis de la celulosa: Las celulasas
El término celulasas involucra un complejo de, por lo menos, tres
actividades diferentes, las que a su vez existen en una multiplicidad de
formas para llevar a cabo la hidrólisis total de la celulosa.
Las endo- ß-1,4-glucanasas (E.C.
3.2.1.4) rompen al azar los enlaces
internos de la molécula en las
regiones amorfas, producen un
rápido decrecimiento en la longitud
de la cadena y un lento incremento
de los grupos reductores libres.
Las exo-ß-1,4-glucanasas (E.C.
3.2.1.91) remueven unidades de
glucosa o celobiosa a partir del
extremo libre no reductor de la
cadena de celulosa, dando como
resultado un incremento rápido en
los azúcares o grupos reductores y
poco cambio en el tamaño del
polímero.
La ß-glucosidasa (E.C. 3.2.1.21)
hidroliza la celobiosa producida por
las actividades anteriores, dando
como producto final la glucosa
Microorganismos que degradan celulosa
APLICACIONES DE LAS CELULASAS I
1. En la elaboración de diferentes alimentos
1. En la elaboración de diferentes alimentos (cont.) Celulasas
Alimento
Acción enzimática
Procesado comercial del café
Cataliza la hidrólisis de celulosa durante la extracción del grano y
licuefacción de mucílago de café; extracción de saborizantes y
pigmento contribuyendo al blending del café.
Cerveza y el vino
En el procesado de fermentación de la cerveza y el vino y
filtración de mostos
Alimentos para animales
monogástricos
En la hidrólisis parcial de materiales lignocelulósicos para mejorar
la digestión y absorción
Pan
Mejorar la calidad de los productos de
panadería
2. Industria textil:
 Desteñido de mezclilla ya que se usan para remover el color azul índigo y dar una
apariencia de desteñido/deslavado (biostoning- biobleaching).
 Biopolishing y abrillantadores de telas de algodón.
Biofinishing de telas de algodón.
 Defibrilación de lyocell (Lyocell es una fibra sintética de celulosa fabricada
mediante un proceso ecológico a partir de pulpa de madera).
Detergentes para el lavado de ropa: para quitar pelusas (las celulasas degradan las
microfibrillas dejando las fibras principales, obteniéndose una superficie suave con
su color original).
3. Otras industrias
• Producción de protoplastos de plantas y hongos
•En el control de enfermedades de plantas por hongos como Phytophora
•Industria del papel y pulpa: sacado de tinta para reciclar papel de diario
•Fermentación de biomasa para generar biocombustibles
•Industria farmacéutica: Tratamiento de fitobezoares gástricos (masas sólidas formadas por
elementos deglutidos por el paciente, y digeridos en forma incompleta, compuestos de fibra vegetal. Se da en general en
pacientes adultos con antecedentes de cirugía gástrica, disminución de la acidez o de la motilidad gástrica).
•En el aumento de la fertilidad del suelo y el consecuente aumento del
crecimiento de las plantas, mediante la descomposición de la paja de trigo y de
cáscara de arroz